變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)的構(gòu)建

關(guān)于變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)的構(gòu)建第一節(jié)PWM逆變器的基本工作原理及其發(fā)展趨向5.1變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)的組成主要任務----根據(jù)控制對象(負載)特性來選擇：①選擇電動機的類型、功率、轉(zhuǎn)速等；②選擇變頻器的類型、容量、型號等；③決定電動機與負載之間的傳動比；④選定變頻器外圍所需要的配件。第2頁,共35頁，2024年2月25日，星期天5.2構(gòu)建變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)的基本要求基本要求：①負載的機械特性。確定異步電動機在實施了變頻調(diào)速后，在整個頻率范圍內(nèi)者能否帶動負載，能否長時間地運行。②電動機在變頻調(diào)速后的有效轉(zhuǎn)矩線。第3頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.2.1在機械特性方面的要求1．對調(diào)速范圍的要求任何調(diào)速裝置的首要任務，就是必須滿足負載對調(diào)速范圍的要求。2．對機械特性“硬度”的要求第4頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

3．對升、降速過程及動態(tài)響應的要求(1)升速---負載對啟動轉(zhuǎn)矩的要求(2)降速---負載對制動過程的要求----是否需要制動電阻，以及需要多大的制動電阻----經(jīng)常處于再生制動經(jīng)常狀態(tài)的負載(如起重機)是否采用電能反饋（向電網(wǎng)反饋能量）第5頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

4．負載對動態(tài)響應的要求----是否需要高性能的變頻器

無傳感器（無轉(zhuǎn)速反饋）的矢量控制方式具有轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的矢量控制方式

直接轉(zhuǎn)矩控制5.2.2在運行可靠性方面的要求1．過載能力---過載倍數(shù)及持續(xù)時間----電機的過載能力----變頻器的過載能力2．機械振動和壽命①避免機械諧振的問題；②高速(超過額定轉(zhuǎn)速)時，機械的振動以及各部分軸承的磨損問題等。第6頁,共35頁，2024年2月25日，星期天5.3變頻調(diào)速時電動機的有效轉(zhuǎn)矩線5.3.1有效轉(zhuǎn)矩線的概念有效轉(zhuǎn)矩----電動機在某一頻率下允許連續(xù)運行的最大轉(zhuǎn)矩。有效轉(zhuǎn)矩線----電動機允許工作范圍的曲線

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5.3.2fx≤fN時的有效轉(zhuǎn)矩線第8頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.3.3fx>fN時的有效轉(zhuǎn)矩線1．異步電動機在

fx>fN時的特點①當在fx>fN時，Ux=UN，因此，隨著f的上升，主磁通將減小。

②電動機的額定電流是由電動機的允許溫升決定的，所以，不管在多大的頻率下工作，電動機的允許工作電流是不變的。第9頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

2．當fx>fN時的有效轉(zhuǎn)矩線①功率不變的有效轉(zhuǎn)矩線。第10頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

②過載能力不變的有效轉(zhuǎn)矩線。③全頻率范圍內(nèi)的有效轉(zhuǎn)矩線。第11頁,共35頁，2024年2月25日，星期天5.4恒轉(zhuǎn)矩負載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建考慮：頻率范圍、調(diào)速范圍和負載轉(zhuǎn)矩要求，從而確定電動機和變頻器。5.4.1工作頻率范圍的選擇1．最低工作頻率表5—1各種控制模式的最低工作頻率

允許負載率／(％)

控制模式最低工作頻率／Hz

無外部通風

有外部通風

有反饋矢量控制

0.1

≤75100

無反饋矢量控制1

≤80100V／f控制5

≤50

≤55第12頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

2．最高工作頻率----取決于允許的負載率負載重時最高頻率受限。第13頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.4.2調(diào)速范圍與傳動比1．調(diào)速范圍和負載率的關(guān)系第14頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

2．負載率與傳動比的關(guān)系-----負載轉(zhuǎn)矩折算到電動機軸上的值是和傳動比有關(guān)的。傳動比越大，則負載轉(zhuǎn)矩的折算值越小，電動機軸上的負載率也就越小。3．調(diào)速范圍與傳動比的關(guān)系由表5-2可知----當調(diào)速范圍不能滿足負載要求時，可以考慮通過適當增大傳動比，來減小電動機軸上的負載率，增大調(diào)速范圍。第15頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

4．傳動比的選擇舉例第16頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

第17頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.4.3電動機和變頻器的選擇1．電動機的選擇(1)可供選擇的方法如對于如何實現(xiàn)變頻調(diào)速不做任何限制，則有以下幾種方法：①原有電動機不變，增大傳動比。②原有電動機不變，增加外部通風，并采用帶轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式（可加時）。③選擇同容量的變頻調(diào)速專用電動機，并采用帶轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式。④采用普通電動機，不增加外部通風和傳動比，也不采用帶轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，而是增大電動機容量。第18頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

(2)選擇原則①如果屬于舊設(shè)備改造，則應盡量不改變原有電動機。②如果是設(shè)計新設(shè)備，則應盡量考慮選用變頻調(diào)速專用電動機，以增加運行的穩(wěn)定性和可靠性。③如果在增大傳動比以后，電動機的工作頻率過高，則可考慮采取增大電動機容量以降低工作頻率的方法。第19頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

(3)電動機最高工作頻率的確定①磁極對數(shù)P≥2的普通電動機：當在

fx>2fN，電動機的有效轉(zhuǎn)矩與頻率成反比，將減小很多，其值為，一般難以滿足負載要求。一般來說，在拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，實際工作頻率的范圍?、赑=1的普通電動機：

在額定頻率以上運行時，電動機轉(zhuǎn)速超過3000r／min。這時，需要考慮軸承和傳動機構(gòu)的磨損及振動等問題第20頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

2．變頻器的選擇(1)容量的選擇(2)變頻器的類型及控制方式的選擇需要考慮的因素有：①調(diào)速范圍②負載轉(zhuǎn)矩的變動范圍③負載對機械特性的要求第21頁,共35頁，2024年2月25日，星期天5.5恒功率負載變頻系統(tǒng)的構(gòu)建5.5.1恒功率負載系統(tǒng)構(gòu)建的主要問題主要問題----如何減小拖動系統(tǒng)的容量目標：電動機的容量和通用變頻器的容量均最小----電動機的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致如在基頻以下恒功率，即fx≤fN考慮到傳動過程中最大轉(zhuǎn)速的需要而恒功率負載實際所需功率為第22頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

1．實例①最高轉(zhuǎn)速時的負載功率：第23頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

②最低轉(zhuǎn)速時的負載功率：③如果把頻率范圍限制在fx≤fN所需電動機最大轉(zhuǎn)矩為電動機的額定轉(zhuǎn)速又必須滿足負載的最高轉(zhuǎn)速電動機的容量應滿足第24頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

2．減小容量的對策第25頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

3．時兩擋傳動比時的系統(tǒng)容量第26頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.5.2電動機和變頻器的選擇1．電動機容量和類別的選擇在最高工作頻率不超過兩倍額定頻率的前提下，通過適當調(diào)整傳動機構(gòu)的傳動比，盡量減小電動機的容量。2．變頻器的容量和類別的選擇第27頁,共35頁，2024年2月25日，星期天5．6平方律負載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建

平方律負載的特點：

負載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比， 負載的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。5.6.1平方律負載系統(tǒng)構(gòu)建的主要問題主要問題-----如何得到最佳節(jié)能效果。第28頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

節(jié)能效果與V／f線的關(guān)系第29頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.6.2平方律負載系統(tǒng)電動機與變頻器的選擇1．電動機的選擇

通常出廠時配套供貨。2．變頻器的選擇宜選用風機、水泵專用變頻器。①過載倍數(shù)低。特別注意：當工作頻率高于額定頻率時，負載的轉(zhuǎn)矩有可能大大超過額定轉(zhuǎn)矩，使電動機過載。②配置了進行多臺控制的切換功能。③配置了一些其他專用于能耗控制的功能。第30頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.7直線律負載變頻系統(tǒng)的構(gòu)建5.7.1直線律負載及其特性1．轉(zhuǎn)矩特點----負載阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比2．功率特點---負載的功率與轉(zhuǎn)速的二次方成正比5.7.2直線律負載系統(tǒng)變頻器的選擇基本要點與二次方律負載類同第31頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

5.8對混合特殊性